基于单片机蓝牙的智能汽车进入系统

韦依

(东北林业大学 交通学院,黑龙江 哈尔滨150040)

1 概述

随着我国汽车工业的发展,越来越多的家庭拥有了汽车,随之而来的由于汽车而带来的“麻烦事”却也在不断地增多,有关调查研究表明,有10%的司机曾经将汽车钥匙丢失或者将汽车钥匙锁在车内而无法进入车内,这种情况发生之后,无论是电话联系4S 店或者是利用开锁公司进行开锁,都会耽误大量的时间,同时也会造成金钱上的损失。而无钥匙进入也在此时没有真正实现真正的无钥匙进入,必须依赖于车钥匙才能够进入到汽车内。在夏天的时候,汽车停在室外环境中,经过太阳的暴晒,车内温度会达到40-60 摄氏度,当司乘人员进入车内时,会感到明显的燥热,车内的温度短时间内无法快速降下来,给司乘人员带来了极不舒适的体验；同样的,在冬天的时候,汽车内的温度比较低,发动机的温度无法快速上升,空调温度也将不会快速上升,也会给司乘带来比较差的体验。以这三个问题为出发点,本系统利用单片机、蓝牙、通信模块等,构建一个基于单片机蓝牙的智能车门锁系统。车主可以利用手机蓝牙和本系统的车载蓝牙模块进行绑定识别,还可以利用手机蓝牙来控制车门锁的开启与锁定,同时,又可以与车载电脑相连,通过手机给汽车发送控制指令,启动车辆,根据汽车内的温度高低,决定是否开闭空调来使车内温度达到适宜的温度[1]。

2 系统硬件设计

2.1 蓝牙模块设计。本系统采用DFROBOT-BluetoothV3 蓝牙串口模块,DF-BluetoothV3 蓝牙模块采用独特双层板设计,即美观又防止静电损坏模块,设计2 个电源输入口,宽电压供电(3.5V～8V)和3.3V 供电,可适用于各种场合。STATE 和LINK 指示灯清晰明亮,用于显示模块工作状态和连接状态。STATE 状态:搜索状态(指示灯以2.9Hz 频率闪烁) 连接状态(指示灯以0.5Hz 频率闪烁),LINK 状态(配对后常亮)。自带高效板载天线,信号质量好发射距离更远,透明串口,可与各种蓝牙适配器、蓝牙手机配对使用,人性化的设计为二次开发提供便利,拨码开关可设置模块状态,LED Off 可关闭LINK 灯进入省电模式,AT Mode可使模块进入AT 指令模式,通过AT 指令可以修改波特率和主从机模式,2 个蓝牙模块就可以自由配对进行数据传输,非常适用于2 个单片机之间的数据通讯。蓝牙模块的的正极接在单片机的VCC 接口上,负极接在单片机的GND 接口上[2],数据段接在IO 口上,进行数据传输。蓝牙模块的初始密码设为1234,当车主用手机连接上蓝牙模块后,可以在手机上重置此蓝牙模块的密码,避免他人恶意连接。当车主重置蓝牙密码之后,当车主的手机蓝牙打开且位于车辆50 米范围之内(无遮挡和其他信号干扰的情况下),手机蓝牙可以与本系统的蓝牙模块自动进行连接,避免了重复连接的麻烦。在蓝牙连接上之后,车主可以在手机上操作,在软件上点击相应的按钮即可控制车辆完成相应的动作。点击开锁按钮,即可实现汽车的解锁[3],点击锁定按钮,可以实现汽车的落锁,点击开启空调按钮,启动车辆之后,点击开启空调,选择冷暖风模式,即可实现空调的自动开启。

2.2 CAN 通信模块的设计。CAN 总线协议已经成为汽车计算机控制系统的主要协议,CAN 总线协议来进行汽车车载电脑和车载元件之间的通信。单片机不能直接与汽车的车门锁模块等进行通信,必须借助于CAN 模块。目前,汽车中的网络连接主要采用两条CAN 总线,一条是驱动系统的高速CAN 总线,速率达500kb/s,另一条是车身系统的低速CAN 总线,速率是100kb/s[4]。车身系统的CAN 主要连接对象是4 门以上的中控门锁、电动车窗、后视镜和车厢内照明灯等。有些先进的轿车除了上述2 条CAN 总线外,还会有第3 条CAN 总线,它的主要连接对象是卫星导航及智能通信系统。汽车的车身系统网格图如图1 所示。

图1 车身系统网络图

本系统采用威特智能TTL-CAN 通信模块,产品的主要参数如表1 所示。通过CAN 模块,将单片机的信号进行转换,来控制图一中的空调节点来调节空调[5],控制图1 中的主控节点,来进行开启、锁定车门和启动汽车的工作。该模块可以进行数据双向缓存,CAN 转TTL 串口: 拥有2K 字节缓存;TTL 串口转CAN: 50 包数据缓存,数据缓存相当于一个大水池,在出口数据量小于入口数据。量时,数据存起来,再慢慢发送出去,避免数据丢包。由此可以通过CAN 总线准确稳定地获取汽车的其他元器件的工作状态,为之后的功能扩展留出了接口。

表1 TTL-CAN 模块参数

2.3 供电电源设计。在本系统中,单片机、TTL-CAN 模块、蓝牙模块、使用的均为5V 直流电,而现在汽车上使用的大多数是12V 的直流电,因此需要将12V 的直流电转换成5V 的交流电进行使用。

LM2576 是一款常用的降压型开关电源稳压IC, 其最高输入电压为40V, 输出电压分固定版和可调版两种,这里选用LM2576T-5.0V 版本, 其输出为5V 的固定电压,输出电流可达3A。由于LM2576 内部调整管工作于开关状态,故大电流输出时,LM2576 发热要比LM7805 小得多。

图2 电路输入为12V 直流,输出为5V 的稳定电压。12V 接口可以接在汽车的常火线上,避免由于汽车熄火关闭开关之后没有电源供给的情况。+5V 电源端与单片机VCC 相连,为单片机和其他元器件提供稳定的5V 直流电源,保证系统各个元器件都能够正常工作。设计的12V 直流电压转5V 直流电压的电路图如图2 所示[6]。

图2 LM2576T 12V 直流电转5V 直流电电路图

3 软件工作流程

开机后,本系统进行初始化,蓝牙模块处于待连接状态,LINK 指示灯熄灭,STATE 状态指示灯以2.9Hz 频率闪烁。此时单片机从CAN 总线获取到车辆的状态,包括汽车车门锁的状态、汽车的发动机启动状态、空调启动状态等。当有设备尝试与本车蓝牙进行配对时,蓝牙模块首先会进行密码验证、密码验证通过之后,在手机软件界面会出现开锁、落锁、启动空调、关闭空调等选项按钮。当车主按下开锁按钮后,如果车门锁已经处于开启状态,则软件会直接提示,车门锁已经开启；如果车门锁处于关闭状态,则单片机会控制车门锁进行开启,并提示用户车门锁已经开启。同理,车门落锁的逻辑流程亦然。当车主选择开启空调按钮之后,可以设定进行制冷或者是进行制热,然后设定具体的温度参数。单片机中央处理器通过CAN 总线启动车辆和空调,进行相应的制热制冷动作,连接在单片机上的温度传感器会实时获得车内的温度,当温度达到设定的温度之后,单片机将会控制空调进行关闭,如此往复,可以使车内温度维持在车主设定温度附近。

4 结论

通过上述系统,可以让车主使用手机控制汽车的锁定与开启,避免了由于汽车钥匙被锁在车内或者汽车钥匙丢失而无法进入车内所带来的困扰,帮助车主真正实现了无钥匙进入,避免车主生活中由于车钥匙而带来的诸多用车烦恼。同时可以利用手机远程提前调节汽车空调的温度,避免了夏天和冬天司乘进入车内时汽车内温度过高或者过低带来的不舒适的体验。本系统的改装成本比较低,系统耗能低,且工作可靠,系统安全性也比较高,有很好的发展前景。在日益发展的汽车智能化的潮流中,此系统将会给车主带来更加便捷和人性化的体验。